EP1329589A1 - Rotor configuration for a turbomachine - Google Patents
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Abstract
Description
Le sujet de cette invention est un aménagement de rotor d'une turbomachine.The subject of this invention is a rotor arrangement of a turbomachine.
Les aménagements de tels rotors comprennent souvent des disques individuels porteurs d'autant d'étages d'aubes mobiles et joints par des entretoises dont le rôle principal est d'établir une étanchéité en délimitant la veine des gaz. Les disques sont normalement munis de prolongements vers une structure centrale du rotor à laquelle ils sont fixés par des boulonnages. Ils comprennent aussi des collerettes s'étendant sous les entretoises et jointes entre elles par des boulonnages à leurs extrémités. Ils sont ainsi unis directement aux disques voisins, en plus de la liaison indirecte par la structure centrale du rotor. On observe cependant que cet aménagement est moins rigide que ce qu'on aurait pu espérer, ce qui est d'autant plus décevant que tous ces moyens de liaison boulonnés sont longs à monter et à démonter et représentent un poids important.Arrangements of such rotors include often individual disks carrying as many stages of movable blades and joined by spacers whose main role is to establish a seal in delimiting the gas stream. The discs are normally provided with extensions to a structure rotor center to which they are fixed by bolting. They also include flanges extending under the spacers and joined together by bolts at their ends. They are so joined directly to neighboring disks, in addition to indirect connection by the central structure of the rotor. We observe, however, that this arrangement is less rigid than we could have hoped for, which is all the more disappointing as all these means of connection bolted takes a long time to assemble and disassemble and represent a significant weight.
Un aménagement amélioré est proposé avec l'invention. Il s'agit, sous sa forme la plus générale, d'un aménagement de rotor comprenant une succession de disques porteurs d'aubes joints par des entretoises, caractérisé en ce que deux des disques, à des extrémités opposées de la succession, sont munis de prolongements de jonction à une structure centrale du rotor, les disques sont munis de rebords circulaires, les entretoises comprennent des collerettes posées sur les rebords, et les disques et les collerettes comprennent des réseaux complémentaires de dents de crabotage et de logements desdites dents autour des collerettes. La nouveauté essentielle de cet aménagement concerne donc la liaison entre les disques et les entretoises : les entretoises sont désormais des pièces rigides chargées de maintenir les disques intermédiaires et pourvues de moyens de liaisons de centrage autour de l'axe du rotor et d'arrêt en rotation coopérant avec des moyens complémentaires situés sur ces disques. Les liaisons boulonnées entre les disques peuvent donc disparaítre, ainsi que les liaisons des disques intermédiaires à la structure centrale du rotor : les disques intermédiaires sont donc suspendus aux entretoises.An improved layout is proposed with the invention. It is, in its most general form, a rotor arrangement comprising a succession of discs carrying blades joined by spacers, characterized in that two of the discs, at opposite ends of the estate, are provided with junction extensions to a central structure of the rotor, the discs are provided with circular edges, the spacers include flanges placed on ledges, and discs and flanges include complementary networks of teeth interconnection and housing of said teeth around the collars. The essential novelty of this arrangement therefore relates to the connection between the discs and the spacers: the spacers are now rigid parts responsible for maintaining the discs intermediaries and provided with means of connecting centering around the rotor axis and stopping at rotation cooperating with complementary means located on these discs. Bolted connections between the discs can therefore disappear, as well as the connections of the intermediate discs to the structure rotor center: the intermediate discs are therefore suspended from the spacers.
Quoique l'assemblage résultant puisse paraítre lâche, il est plutôt plus rigide que les modes d'assemblage connus. Une raison est sans doute que les boulons utilisés jusqu'ici étaient en nombre relativement peu important, alors que les dents de crabotage peuvent, selon une forme de réalisation importante de l'invention, correspondre à des extrémités des pieds des aubes engagés dans des rainures individuelles des disques qui traversent le disque, ces extrémités débordant des rainures. La liaison de crabotage recourt alors à un grand nombre de dents, sans que l'aménagement en soit compliqué puisqu'il n'implique pas de pièces supplémentaires et impose seulement de prolonger les pieds des aubes par rapport à ce qu'on faisait auparavant. Although the resulting assembly may appear loose, it is rather more rigid than the modes known assembly. One reason is undoubtedly that bolts used so far were in number relatively unimportant, while the teeth of dog clutch can, according to one embodiment important of the invention, correspond to tips of the blade tips engaged in individual grooves of the discs which pass through the disc, these ends protruding from the grooves. The interconnection then uses a large number of teeth, without the layout being complicated since it does not involve additional parts and only requires extending the feet of the blades by compared to what we were doing before.
Dans une forme d'aménagement particulièrement simple, les prolongements des disques extrêmes sont fuselés et se joignent l'un à l'autre par des brides de fixation mutuelle. L'aménagement selon l'invention est alors une structure unitaire et compacte qu'il est possible de joindre à la structure centrale du rotor par une seule bride boulonnée. De plus, les prolongements des disques extrêmes peuvent encore être joints par un réseau de dents de crabotage et de logement desdites dents afin d'assurer une liaison plus rigide directement entre les disques extrêmes.In a form of development particularly simple, the extensions of the discs extremes are tapered and join each other by mutual fixing flanges. The layout according to the invention is then a unitary structure and compact that can be attached to the structure rotor center by a single bolted flange. Of more, the extreme disc extensions can still be joined by a network of dog teeth and housing said teeth to ensure a more rigid connection directly between the discs extremes.
D'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits au moyen des figures :
- la figure 1 est une vue d'une première réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une représentation du mode de liaison des disques aux entretoises,
- et la figure 3 illustre un mode de réalisation légèrement différent de l'invention.
- FIG. 1 is a view of a first embodiment of the invention,
- FIG. 2 is a representation of the mode of connection of the discs to the spacers,
- and Figure 3 illustrates a slightly different embodiment of the invention.
Le rotor considéré ici et représenté à la
figure 1 comprend une structure centrale 1 d'un genre
indifférent et composé normalement, dans les
turbomachines connues, d'éléments assemblés par des
boulonnages. L'aménagement conforme à l'invention porte
la référence 2 générale et s'étend autour d'une portion
de la structure centrale 1 ; ses éléments principaux
consistent en deux disques extrêmes 3 et 4, deux
disques intermédiaires 5 et 6 situés entre les
précédents, et trois entretoises 7, 8 et 9 reliant les
disques (respectivement 3 et 5, 5 et 6, 6 et 4)
respectivement deux à deux. Les disques 3, 4, 5 et 6
sont sensiblement plats, parallèles et disposés en
succession ; ils sont tous destinés à porter des étages
d'aubes mobiles 10 s'étendant dans la veine des gaz
entre des étages d'aubes fixes 11. Les entretoises 7, 8
et 9 portent ici des léchettes 12, c'est-à-dire des
crêtes circulaires de joints à labyrinthe pénétrant
dans des couronnes de matière abradable 13 situées
autour des étages d'aubes fixes 11 pour établir une
étanchéité et rendre difficile l'écoulement des gaz qui
contournerait les aubes fixes 11 et produirait des
pertes de rendement. Tous ces détails, étant bien
connus, ne feront pas l'objet d'une description plus
abondante.The rotor considered here and shown in
Figure 1 includes a central structure 1 of a kind
indifferent and composed normally, within
known turbomachinery, of elements assembled by
bolting. The arrangement in accordance with the invention carries
the general reference 2 and extends around a portion
of the central structure 1; its main elements
consist of two
Il est plus utile de mentionner que seuls
les disques extrêmes 3 et 4 sont munis, outre leurs
éléments normaux comprenant une couronne extérieure 14,
une couronne intérieure 15 et une toile 16 joignant les
deux couronnes, d'un prolongement 17 ou 18, partant de
la couronne 15 et s'étendant radialement vers
l'intérieur, tout en ayant une forme conique fuselée
pour converger l'un vers l'autre ; le prolongement 18
du disque 4 comprend une bague 19 d'extrémité qui
s'engage sur une portée circulaire 20 du prolongement
17 du disque 3 et s'arrête contre une face de butée 21
de ce prolongement 17 ; un écrou 22 est vissé sur une
face filetée 23 du prolongement 17 s'étendant derrière
la portée 20 et retient la bague 19 contre la face de
butée 21. De plus, la bague 19 et le prolongement 17
sont munis de dents s'imbriquant dans des logements
intermédiaires pour former un crabotage 24 circulaire.
Cette liaison permet de maintenir fermement les disques
3 et 4 à une position immuable. Le prolongement 17
continue de s'étendre vers le centre du rotor, et
s'unit à la structure centrale 1 par un agencement de
brides boulonnées 25.It is more useful to mention that only
the
Les disques intermédiaires 5 et 6 sont
dépourvus de tels prolongements vers l'intérieur et ne
sont donc unis directement ni aux autres disques ni à
la structure centrale 1 du rotor. Ils ne sont soutenus
que par les entretoises 7, 8 et 9 au moyen de jonctions
qu'on décrit maintenant au moyen de la figure 2.Intermediate discs 5 and 6 are
lacking such inward extensions and does not
are therefore directly linked neither to the other discs nor to
the central structure 1 of the rotor. They are not supported
only by
Les entretoises 7, 8 et 9 sont munies de
collerettes planes 26 et 27 qui s'étendent radialement
vers l'intérieur à partir de leurs extrémités opposées.
Elles s'appuient sur des rebords circulaires
d'extension axiale 28 et 29 des disques 3, 4, 5 et 6
qui leur font face. Les collerettes 26 et 27 sont
munies de logements 30 dans lesquels pénètrent des
extrémités de pieds 31 des aubes mobiles 10.
L'aménagement souvent employé pour assembler des aubes
mobiles à un disque - et qui consiste à opérer des
rainures 32 traversant la couronne extérieure du disque
en direction axiale ou oblique et dont la section a une
forme bulbeuse, en queue d'arronde, en sapin ou
analogue, s'ouvrant à l'extérieur du disque par un col
resserré et retenant un pied d'une aube mobile - est
ici perfectionné en ce que les pieds 31 sont allongés à
une partie de leur section et débordent des rainures
32. On remarque aussi qu'il n'existe pas de moyen
spécifique pour empêcher le glissement des pieds 31
dans les rainures 32, cette fonction étant assurée par
les collerettes 26 et 27 dont les faces externes butent
contre les faces latérales des couronnes extérieures 14
et arrêtent donc les mouvements des aubes mobiles 10 en
barrant une portion des rainures occupée par une
portion non allongée des pieds 31.The
Le vissage de l'écrou 22 maintient la
cohésion de l'assemblage en direction axiale par la
butée des disques de 3 à 6 et des entretoises 7 à 9 aux
collerettes 26 et 27. Leur centrage est garanti par
l'appui des collerettes 26 et 27 contre les rebords 28
et 29 en direction radiale. Enfin, les rotations sont
interdites par les crabotages faisant intervenir les
dents constituées par les extrémités allongées des
pieds 31 des aubes mobiles 10 et les logements 30
correspondant des collerettes 26 et 27, qui confèrent
une rigidité supérieure en torsion à l'assemblage. Il
convient aussi de revenir sur le crabot 24 réalisé
entre les prolongements 17 et 18 des disques extrêmes 3
et 4. Il présente l'utilité d'établir une liaison
directe d'arrêt en rotation entre les disques extrêmes
3 et 4 et contribue donc à la rigidité en torsion. Il
n'est pourtant pas nécessaire puisque des crabotages
analogues existent aux jonctions entre les disques 3 à
6 et les entretoises 7 à 9 ; s'il est tout de même
présent, il peut contribuer à rendre l'assemblage
hyperstatique, et on peut alors conseiller de supprimer
un des autres crabotages, par exemple un de ceux de
l'entretoise 8 centrale.The screwing of the
En revenant à la figure 1, on voit que
l'agencement est complété par des viroles 33, 34 et 35,
concentriques respectivement aux entretoises 7, 8 et 9
et délimitant avec elles des chambres 36, 37 et 38 de
passage d'air de ventilation traversant des portions
libres des rainures 32. L'entrée de l'air de
ventilation s'effectue par des canaux 40 établis entre
une bride 41 du disque 3 situé le plus en amont et une
entretoise supplémentaire 42, associée à un autre joint
à labyrinthe 43 en amont du disque 3 et qui ne fait pas
partie de l'invention ; et la sortie de cet air de
ventilation s'effectue vers la veine de gaz après avoir
franchi les rainures 32 du disque 4 le plus en aval. La
référence 44 désigne un conduit d'entrée de l'air de
ventilation devant l'aménagement conforme à
l'invention, et des perçages 45 et 46 sont prévus dans
les prolongements 17 et 18 des disques extrêmes 3 et 4
pour permettre à l'air de ventilation de rafraíchir une
chambre 47 à l'intérieur de l'aménagement 2, et
notamment les disques intermédiaires 5 et 6 qui y sont
contenus pour l'essentiel. Les viroles 33 à 35
comprennent des pattes 48 qui s'étendent radialement
vers l'extérieur et pénètrent dans des encoches
ménagées dans les reports 28 des disques. Elles sont
ainsi retenues en rotation.Returning to Figure 1, we see that
the arrangement is completed by
La figure 3 illustre un aménagement un peu
différent, où les viroles 33 à 35 ont disparu de même
que les chambres séparées 36 à 38. Les débits d'air de
ventilation traversant les rainures 32 s'écoulent
directement dans la veine des gaz. Les entretoises 7, 8
et 9 sont alors remplacées par des entretoises 107, 108
et 109 qui leur ressemblent mais dont la collerette
située en amont (26) est remplacée par une collerette
126 inversée, s'étendant vers l'extérieur à partir de
la portion principale de l'entretoise. Les principes et
les avantages de l'assemblage restent inchangés
notamment, les collerettes 126 continuent de s'appuyer
sur les rebords 28, et comprennent des logements 30 de
passage d'extrémités allongées des pieds 31 des aubes
pour établir des liaisons de crabotage, et elles
comprennent des portions de retenue des pieds contre
les mouvements coulissants.Figure 3 illustrates a slightly
different, where
Il convient d'ajouter que l'assemblage de
l'aménagement de rotor 2 est très simple à faire
puisqu'il consiste à empiler les disques, entretoises
et viroles successivement et à serrer l'écrou 22 unique
quand les prolongements 17 et 19 des digues extrêmes 3
et 4 ont été joints.It should be added that the assembly of
the arrangement of rotor 2 is very simple to do
since it consists of stacking the discs, spacers
and ferrules successively and tighten the
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